KT5 HSR 14
Rechnergestützte Bauteilauslegung
Rechnergestützte Bauteilauslegung
Nenne den Vorteil der Kriechmodelle
Der grosse Vorteil der Anwendung der Kriechmodelle in der FEM besteht darin, dass die Auswirkung einer in der Realität oft vorliegenden Spannungsverteilung auf das Strukturverhalten wiedergegeben werden kann, indem Bereiche mit hohen Spannungen automatisch einer stärker Retardation unterliegen als solche mit niedrigen Spannungswerten.
Wie verhaltet sich die Fliessdehnung bei verschiedenen Belastungszeiten?
Siehe Bild
Was ist die lineare Viskoelastizitäts-Theorie?
Eine Kombination aus rein elastischen und viskosen (zeitabhängigen) Materialverhalten
Aus welchen Prinzipien besteht die linearen Viskoelastizitäts-Theorie (LVT)?
Aus dem Superpositionsprinzip und dem Korrespondenzprinzip
Wie funktioniert das Superpositionsprinzip?
Wenn die Vorgeschichte des Spannungsverlaufes bekannt ist, kann die Dehnung (Deformation) zum Zeitpunkt t durch interpolation bestimmt werden. (aufgestellt von Boltzmann 1874)
Überblick der Simulationsmöglichkeiten innerhalb einer Produktentwicklung
Mechanische Analyse: Deformation
Mechanische Auslegung: Versagensanalyse
Prozessauslegung (RTM-Simulation)
Drappierungssimulation, für optimierten Verschnitt und Faltenvorerkennung
Wie funktioniert das Korrespondenzprinzip?
Das KP besagt, dass die Gesetze der linearen Elastizitätstheorie (LE) auch für die lineare Viskoelastizitätstheorie (LV) bei kleinen deformationen gelten, wenn die Modulne (z.B. Schubmodul) durch zeitabhängige Relaxions-Module (Beim Beispiel Schubmodul: zeitabhängiges Schub-Relaxions-Modul) ersetzt werden.
Zusammenhänge zwischen Materialmodellen, Versuchen und Simulation
erkennen
Die im Bild dargestellten Lastfälle können mit ANSYS ACP simuliert werden
Wie ist das Vorgehen der Materialdatenbestimmung für das VEL-Model?
- Bestimmung der Anzahl benötigter Summenglieder (Maxwell-Elemente)
- Bestimmung der Initialwerte für die Optimierung
- Formulierung des Optimierungsproblems
Weitere Informationen und Formeln auf S. 64-65
Nennen Sie die Teilschritte bei der thermischen Werkzeugauslegung
- Bilanzierung der Wärmeströme
- Bestimmung des Temperiermitteldurchsatzes; delta T max. 3°C
- Bestimmung des Bohrungsquerschnittes der Kühlleitungen; Strömung soll turbulent sein
- Bestimmung von Lage und Verteilung der Temperierkanäle
- Ermittlung/Optmimierung des Druckverlustes (ergibt die benötigte Pumpenleistung)
Nennen Sie die Ziele der thermischen Werkzeugauslegung
- Werkzeugtemperatur so hoch wie nötig (Qualitätsaspekte)
- Möglichst gleichmässige Abkühlung des Formteils
- Zeitliche Konstanz der Werkzeugtemperaturen
- Niedrige Herstell- und Betriebskosten
Weiterführende Begründugen (eher nicht Prüfungsstoff)
- Erreichung einer geringen Nachschindung; wird erreicht durch eine gleichmässige Wandtemperatur des Werkzeuges
- Verhinderung/Verminderung von Eigenspannungen durch Werkzeugtemperierung; Temperatur darf nicht zu tief sein
- Höhere Werkzeugwandtemperatur für zu einer höheren Abbildegenauigkeit; Viskosität der Schmelze ist temperaturabhängig
Was für eine Bedeutung hat die thermische Werkzeugtemperierung?
Sie ist der Schlüssel zu qualitativ hochwertigen Produkten bei kürzesten Prozesszeiten
Was ist der Mullins-Effekt
Elastomere weisen die Eigenschaft auf, dass sich die ersten Lastzyklen stark unterscheiden. Es sollten zum Einpedeln einige Lastzyklen gefahren werden. Bei einer Laständerung soll ein erneutes Einpendeln erfolgen.
Dieser Effekt wird als Mullins-Effekt bezeichnet.
Was ist der Unterschied von elastischen und hyperelastischen Materialmodellen?
CAUCHY-elastisches Material entspricht elastischem Materialmodell
Wie werden die Modelle für Elastomere klassifiziert?
- Phänomenologisch
- Mechnistisch
- Hybrid
Welches ist das einfachste hyperelastische Materialmodell?
Neo-HOOKE-Modell
Es ist geeignet für Verformungen < 20%
Welches sind Elastomer-Modelle, welche eine gute Anpassung der Dehnungskurve an die reale bieten?
Die erweiterten Mooneye-Rivlin-Modelle
- Signiorini
- YEOH
- 3-Order-Deformation
Welches Modell basiert auf der Haupverstreckgeraden (Lambda) anstatt auf den Invariante und bietet eine gute Annäherung an den realen Dehnungsverlauf.
ODGEN-Modell
Elastomer-Modelle
Was ist der Unterschied der Modelle zweiter und dritter Ordnung?
Modelle zweiter Ordnung können bis zum Wendepunkt der Dehnungskurve eingesetzt werden.
Modelle dritter Ordnung berücksichtigen den Wendepunkt der Dehnungskurve
Zweiter Ordnung:
- Neo-HOOKE
- Mooney-Rivlin
Dritte Ordnung
- ODGEN
- SIGNORINI
- YEOH
Wenn eine Konstruktion, z.B. ein Flugzeugrumpf, im Black-Metal Design realisiert wird, was ist der einzige Vorteil der übrig bleibt?
Ein Gewichtsvorteil von 10-20%
Nenne 5 Kriechmodelle
Norton-Bailey, Generalized Exponential, G. Graham, G. Blackburn, G. Garofalo
Durchführen einer Kostenrechnung für ein konkretes FVK-Bauteil ?
- 1. Geplante Stückzahl und Verfügbarkeiten
- 2. Prozesskette skizzieren
- 3. Benötigte Prozessabläufe
- 4. Parallele Prozesse definieren
- 5. Tatsächliche benötigte Einheiten
- 6. Kosten pro Einheit
- 7.Tatsächliche Kosten pro Prozessschritt
- 8. Summe und Abschreibung
- 9. Variable Kosten
Nenne die Anforderungen für dir Umsetzung der Kriechmodelle in FEM
Reduzierung der Formulierung auf eine Achse bei einachsiger Belastung, Inkompressibilität des Kriechverhaltens (Poissonzahl unverändert), Unabhängigkeit des hydrostatischen Druckes von der Kriechdehnung
Integration der Kostenrechnunng in die Nutzwertanalyse ?
Kostenfaktoren einfliessen lassen
Maximalkosten berücksichtigen
Welche Arten von Kosten gibt es bei FVK-Bauteilen?
– Fixe Kosten: z.B. Werkzeuge, Gebäude, ...
– Variable Kosten: z.B. Materialkosten, Maschinenstunden, ...
Nenne die für Kunstoffe geeigneten Materialmodelle
Elastoplastisches Modell, Linear-Viskoelastisches Modell, Kriechmodelle
Welche Faktoren beeinflussen die Kostenrechnungvon FVK-Bauteilen?
– Angestrebte Stückzahl
– Zykluszeit
– Materialwahl
– Herstellungsprozess
– Produktionsort
Nenne die Vor- und Nachteile der Kriechmodelle
+ weniger Modellparameter, + Berücksichtigung von Nicht-Linearitäten, - Lasten müssen konstant bleiben, - Keine Berücksichtigung von Entlastungsvorgängen, - und damit auch keine Simulation zyklischer Vorgänge
Erklären sie kurz das Suppositionsprinzip
Wenn der Belastungsverlauf bekannt ist, kann die Deformation durch Üblagern der einzelnen Belastungen evaluiert werden
Repetition Modalanalyse verschiedener Materialien Vorteile FVK
Höhere Eigenfrequenzen
Geringere Unwuchten
Höhere Geschwindigkeit bei gleicher Laufruhe
Überblick von Schwingungsproblemen bei Faserverbundwerkstoffen
Hohes E-Module -->hohe Kreisfequenz = kurze Abklingzeit
Tiefer E-Module --> tiefe Kreisfreuquenz = lange Abklinzeit
Beschreibe das Vorgehen einer systematischen Materialauswahl
Ablauf : Produktidee, Pflichtenheft & Anforderungsliste, Recherche (auch Literatur) & Auswahl mit Datenbanken, praxisnahe Laborversuche
Nenne die wichtigsten Hilfsmittel bei der Materialauswahl
Datenbanken (Gezielte Suche), Literatur (Eingrenzung), Erfahrung, Lieferanten-Kontakt, Versuche
Erkennen der Möglichkeiten bezüglich Schwingungsoptimierung, die durch den Einsatz von FVK-Werkstoffen entstehen
Physikalisches Modell wird durch die Messergebnisse bestätigt
Der Faseranteil in Längsrichtung ist beim GFK <100% grössere Dämpfung
Gemessene Frequenzen sind proportional zur angegebenen Steifigkeit über Dichte (Folie 3.6)Kreisfrequenz der gedämpfte Schwingung d wird von der Dämpfungskonstante beeinflusst.
Wie ist das dynamische mechanische Verhalten der Thermoplaste?
Siehe Bild
Wie ändert sich das Schwingungsverhalten aufgrund des Materials(daCarbo Trompete)?
Das Schwingungsverhalten der Trompete (Eigenfrequenzen, Modi) wird vom Material beeinflusst (Gewicht, Steifigkeit), die Eigenschwingungen nehmen durch den Carbontrichter ab --> leichter Spielbar
Wie ist das statische thermo-mechanische Verhalten der Thermoplaste?
Siehe Bild
Welche Modellierung wird für welchen Lastfall verwendet?
Siehe Bild
Weise die Modelle (Elastoplastisch, Kriechansätze und Linear-Viskoelastisch) den Charakteristiken zu.
Siehe Bild
Wie sieht die Modellvorstellung der Gesamtdehnung aus?
Siehe Bild
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Lernkarten
Durchführen einer Kostenrechnung für ein konkretes FVK-Bauteil ?
- 1. Geplante Stückzahl und Verfügbarkeiten
- 2. Prozesskette skizzieren
- 3. Benötigte Prozessabläufe
- 4. Parallele Prozesse definieren
- 5. Tatsächliche benötigte Einheiten
- 6. Kosten pro Einheit
- 7.Tatsächliche Kosten pro Prozessschritt
- 8. Summe und Abschreibung
- 9. Variable Kosten
Nenne 5 Kriechmodelle
Norton-Bailey, Generalized Exponential, G. Graham, G. Blackburn, G. Garofalo
Nenne die Anforderungen für dir Umsetzung der Kriechmodelle in FEM
Reduzierung der Formulierung auf eine Achse bei einachsiger Belastung, Inkompressibilität des Kriechverhaltens (Poissonzahl unverändert), Unabhängigkeit des hydrostatischen Druckes von der Kriechdehnung
Integration der Kostenrechnunng in die Nutzwertanalyse ?
Kostenfaktoren einfliessen lassen
Maximalkosten berücksichtigen
Nenne die für Kunstoffe geeigneten Materialmodelle
Elastoplastisches Modell, Linear-Viskoelastisches Modell, Kriechmodelle
Welche Arten von Kosten gibt es bei FVK-Bauteilen?
– Fixe Kosten: z.B. Werkzeuge, Gebäude, ...
– Variable Kosten: z.B. Materialkosten, Maschinenstunden, ...
Nenne die Vor- und Nachteile der Kriechmodelle
+ weniger Modellparameter, + Berücksichtigung von Nicht-Linearitäten, - Lasten müssen konstant bleiben, - Keine Berücksichtigung von Entlastungsvorgängen, - und damit auch keine Simulation zyklischer Vorgänge
Welche Faktoren beeinflussen die Kostenrechnungvon FVK-Bauteilen?
– Angestrebte Stückzahl
– Zykluszeit
– Materialwahl
– Herstellungsprozess
– Produktionsort
Erklären sie kurz das Suppositionsprinzip
Wenn der Belastungsverlauf bekannt ist, kann die Deformation durch Üblagern der einzelnen Belastungen evaluiert werden
Repetition Modalanalyse verschiedener Materialien Vorteile FVK
Höhere Eigenfrequenzen
Geringere Unwuchten
Höhere Geschwindigkeit bei gleicher Laufruhe
Überblick von Schwingungsproblemen bei Faserverbundwerkstoffen
Hohes E-Module -->hohe Kreisfequenz = kurze Abklingzeit
Tiefer E-Module --> tiefe Kreisfreuquenz = lange Abklinzeit
Beschreibe das Vorgehen einer systematischen Materialauswahl
Ablauf : Produktidee, Pflichtenheft & Anforderungsliste, Recherche (auch Literatur) & Auswahl mit Datenbanken, praxisnahe Laborversuche
Nenne die wichtigsten Hilfsmittel bei der Materialauswahl
Datenbanken (Gezielte Suche), Literatur (Eingrenzung), Erfahrung, Lieferanten-Kontakt, Versuche
Erkennen der Möglichkeiten bezüglich Schwingungsoptimierung, die durch den Einsatz von FVK-Werkstoffen entstehen
Physikalisches Modell wird durch die Messergebnisse bestätigt
Der Faseranteil in Längsrichtung ist beim GFK <100% grössere Dämpfung
Gemessene Frequenzen sind proportional zur angegebenen Steifigkeit über Dichte (Folie 3.6)Kreisfrequenz der gedämpfte Schwingung d wird von der Dämpfungskonstante beeinflusst.
Wie ist das dynamische mechanische Verhalten der Thermoplaste?
Siehe Bild
Wie ändert sich das Schwingungsverhalten aufgrund des Materials(daCarbo Trompete)?
Das Schwingungsverhalten der Trompete (Eigenfrequenzen, Modi) wird vom Material beeinflusst (Gewicht, Steifigkeit), die Eigenschwingungen nehmen durch den Carbontrichter ab --> leichter Spielbar
Wie ist das statische thermo-mechanische Verhalten der Thermoplaste?
Siehe Bild
Welche Modellierung wird für welchen Lastfall verwendet?
Siehe Bild
Weise die Modelle (Elastoplastisch, Kriechansätze und Linear-Viskoelastisch) den Charakteristiken zu.
Siehe Bild
Wie sieht die Modellvorstellung der Gesamtdehnung aus?
Siehe Bild
Benenne die Kriechbereiche
Siehe Bild
In welchen Bereichen ist die Formulierung nach Norton-Bailey gültig?
Im Bereich des primären und sekundären Kriechverhalten
Wie geht die Formulierung nach Norton-Bailey?
Siehe Bild
Nenne den Vorteil der Kriechmodelle
Der grosse Vorteil der Anwendung der Kriechmodelle in der FEM besteht darin, dass die Auswirkung einer in der Realität oft vorliegenden Spannungsverteilung auf das Strukturverhalten wiedergegeben werden kann, indem Bereiche mit hohen Spannungen automatisch einer stärker Retardation unterliegen als solche mit niedrigen Spannungswerten.
Wie verhaltet sich die Fliessdehnung bei verschiedenen Belastungszeiten?
Siehe Bild
Was ist die lineare Viskoelastizitäts-Theorie?
Eine Kombination aus rein elastischen und viskosen (zeitabhängigen) Materialverhalten
Aus welchen Prinzipien besteht die linearen Viskoelastizitäts-Theorie (LVT)?
Aus dem Superpositionsprinzip und dem Korrespondenzprinzip
Wie funktioniert das Superpositionsprinzip?
Wenn die Vorgeschichte des Spannungsverlaufes bekannt ist, kann die Dehnung (Deformation) zum Zeitpunkt t durch interpolation bestimmt werden. (aufgestellt von Boltzmann 1874)
Überblick der Simulationsmöglichkeiten innerhalb einer Produktentwicklung
Mechanische Analyse: Deformation
Mechanische Auslegung: Versagensanalyse
Prozessauslegung (RTM-Simulation)
Drappierungssimulation, für optimierten Verschnitt und Faltenvorerkennung
Wie funktioniert das Korrespondenzprinzip?
Das KP besagt, dass die Gesetze der linearen Elastizitätstheorie (LE) auch für die lineare Viskoelastizitätstheorie (LV) bei kleinen deformationen gelten, wenn die Modulne (z.B. Schubmodul) durch zeitabhängige Relaxions-Module (Beim Beispiel Schubmodul: zeitabhängiges Schub-Relaxions-Modul) ersetzt werden.
Zusammenhänge zwischen Materialmodellen, Versuchen und Simulation
erkennen
Die im Bild dargestellten Lastfälle können mit ANSYS ACP simuliert werden
Wie ist das Vorgehen der Materialdatenbestimmung für das VEL-Model?
- Bestimmung der Anzahl benötigter Summenglieder (Maxwell-Elemente)
- Bestimmung der Initialwerte für die Optimierung
- Formulierung des Optimierungsproblems
Weitere Informationen und Formeln auf S. 64-65
Nennen Sie die Teilschritte bei der thermischen Werkzeugauslegung
- Bilanzierung der Wärmeströme
- Bestimmung des Temperiermitteldurchsatzes; delta T max. 3°C
- Bestimmung des Bohrungsquerschnittes der Kühlleitungen; Strömung soll turbulent sein
- Bestimmung von Lage und Verteilung der Temperierkanäle
- Ermittlung/Optmimierung des Druckverlustes (ergibt die benötigte Pumpenleistung)
Nennen Sie die Ziele der thermischen Werkzeugauslegung
- Werkzeugtemperatur so hoch wie nötig (Qualitätsaspekte)
- Möglichst gleichmässige Abkühlung des Formteils
- Zeitliche Konstanz der Werkzeugtemperaturen
- Niedrige Herstell- und Betriebskosten
Weiterführende Begründugen (eher nicht Prüfungsstoff)
- Erreichung einer geringen Nachschindung; wird erreicht durch eine gleichmässige Wandtemperatur des Werkzeuges
- Verhinderung/Verminderung von Eigenspannungen durch Werkzeugtemperierung; Temperatur darf nicht zu tief sein
- Höhere Werkzeugwandtemperatur für zu einer höheren Abbildegenauigkeit; Viskosität der Schmelze ist temperaturabhängig
Was für eine Bedeutung hat die thermische Werkzeugtemperierung?
Sie ist der Schlüssel zu qualitativ hochwertigen Produkten bei kürzesten Prozesszeiten
Was ist der Mullins-Effekt
Elastomere weisen die Eigenschaft auf, dass sich die ersten Lastzyklen stark unterscheiden. Es sollten zum Einpedeln einige Lastzyklen gefahren werden. Bei einer Laständerung soll ein erneutes Einpendeln erfolgen.
Dieser Effekt wird als Mullins-Effekt bezeichnet.
Was ist der Unterschied von elastischen und hyperelastischen Materialmodellen?
CAUCHY-elastisches Material entspricht elastischem Materialmodell
Wie werden die Modelle für Elastomere klassifiziert?
- Phänomenologisch
- Mechnistisch
- Hybrid
Welches ist das einfachste hyperelastische Materialmodell?
Neo-HOOKE-Modell
Es ist geeignet für Verformungen < 20%
Welches sind Elastomer-Modelle, welche eine gute Anpassung der Dehnungskurve an die reale bieten?
Die erweiterten Mooneye-Rivlin-Modelle
- Signiorini
- YEOH
- 3-Order-Deformation
